《机械制造技术》第9课 计算夹具的定位误差

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课题计算夹具的定位误差——机床夹具原理（1）课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握机床夹具的功用、分类和组成（2）掌握工件定位的基本原理思政育人目标：树立勤奋踏实、拼搏进取的奋斗精神教学重难点教学重点：机床夹具的功用、分类和组成，工件定位的基本原理教学难点：工件定位的基本原理教学方法启发式、讲授法、案例分析法、讨论法、总结法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计→考勤（2min）→教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】上传预习资料，发布预习任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务以装夹、夹具等词为关键词查找相关资料，思考到底什么是机床的夹具，通过发起的线上任务，讨论这些夹具在机械加工中的作用和组成。【学生】完成课前任务通过课前任务，培养学生独立收集资料的能力，开始对机床夹具形成知识认识，锻炼其观察、分析、总结的能力考勤

（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况互动导入

（5min）【教师】讲述“任务引入”案例（详见教材），并提出问题机床夹具在生产中如此重要，那它由哪些部分组成，有怎样的工作原理呢？【学生】聆听、思考、回答通过提问引导的方式快速引入有关机床夹具的内容，培养学生主动思考的能力，激发学生的学习兴趣传授新知（53min）【教师】通过学生的回答引出要讲的知识，讲解机床夹具的基本知识以及工件在夹具中的定位加工工件时，为保证工件的加工表面达到技术要求，必须使工件在机床上相对于刀具处于正确的位置，这个过程称为定位。工件定位后，为防止其在加工过程中因受外力（如重力、切削力、惯性力、离心力等）而改变原定位置，将工件夹牢压紧的过程称为夹紧。定位和夹紧合称为装夹。工件的装夹方法主要有两种：①直接装夹在机床上；②用夹具装夹在机床上。☞【教师】提问：比较这两种装夹方法，说说它们分别适用于什么情况。☞【学生】聆听、思考、回答问题☞【教师】总结学生的回答工件直接装夹在机床上，以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或百分表进行找正，将工件准确定位后夹紧。这种装夹方法劳动强度大，生产率低，且对工人的技术水平要求较高，一般用于单件小批生产。成批大量生产时通常采用机床夹具装夹工件。一、机床夹具的基本知识机床夹具常简称为夹具，是指机械加工中对工件进行定位、夹紧以及定位、引导刀具进行加工的工艺装备，是机械加工工艺系统的重要组成部分。【点拨】教师补充知识点产品制造过程中所用的各种工具，包括刀具、夹具、模具、量具、检具、辅具、钳工工具和工位器具等，统称为工艺装备，简称工装。1、夹具的功用☞【教师】提问：夹具的主要功能有哪些？☞【学生】聆听、思考、回答问题☞【教师】总结学生的回答1）保证加工精度采用夹具装夹工件，可准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置，不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证加工精度。2）提高生产率采用夹具后，工件在加工前不需要逐个划线、找正、对刀，可显著减少辅助时间，提高生产率。3）扩大机床的工艺范围采用专用夹具可改变机床的用途、扩大机床的加工范围，实现一机多能。例如，在普通车床上采用镗模，可镗削箱体类零件上的孔系。4）减轻劳动强度采用夹具，特别是采用自动化程度较高的专用夹具后，工件的装夹省时省力，可显著减轻工人的劳动强度。2、夹具的分类夹具的形状千差万别，可以从不同角度进行分类。按使用特点不同，夹具可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具和拼装夹具等。1）通用夹具通用夹具是指结构、尺寸已经标准化，且具有一定通用性，在一定范围内可加工不同工件的夹具。2）专用夹具专用夹具是指按照某一工件某个工序的加工要求而专门设计制造的夹具。3）成组夹具成组夹具又称专用可调夹具，是指根据成组工艺的要求，针对一组形状、尺寸及工艺相似的工件所设计的夹具。4）组合夹具组合夹具是由一套制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。5）拼装夹具拼装夹具是指在成组工艺基础上，用标准化、系列化的夹具元件装配而成的夹具。……详见教材☞【教师】提问：夹具除了按照特点分类外，还可以依照什么标准进行分类？☞【学生】聆听、思考、回答问题☞【教师】总结学生的回答按适用的机床不同，夹具可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等；按夹紧动力源不同，夹具可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具以及真空夹具等。3、夹具的组成夹具的种类虽然繁多，但通常都由定位元件、夹紧装置、对刀与引导元件、连接元件、夹具体、其他装置或元件组成。定位元件：是指在夹具上起定位作用的零部件。夹紧装置：是指在夹具上起夹紧作用的装置，它包括夹紧元件、夹紧机构和动力装置等。对刀与引导元件：是指用于确定或引导刀具相对工件加工表面处于正确位置的零部件。连接元件：是指用于连接夹具与机床，并确定夹具与机床主轴、工作台或导轨相互位置的零部件，夹具体：是指将夹具所有元件和装置连接成一个整体的基础件。其他装置或元件：是指根据工件的某些特殊加工要求而设置的装置。……详见教材☞【教师】展示“端盖零件钻床夹具”图片（详见教材），提问“如图所示为某端盖零件钻床夹具，请指出各部分名称及功用”，组织学生进行小组讨论并派代表回答问题☞【学生】聆听、分组、思考、讨论、回答问题☞【教师】总结学生的回答圆柱销、菱形销和支撑板是它的定位元件，螺杆（与圆柱销合成为一个零件）、螺母和开口垫圈组成了夹紧装置。这些元件和装置安装在夹具体上，可实现对端盖零件的定位和夹紧。钻套和钻模板用来确定刀具的位置，并引导刀具，防止其在加工过程中偏移和倾斜，从而保证孔的加工精度。二、工件在夹具中的定位工件是由若干点、线、面组成的一个复杂的空间几何体。要使工件准确定位，只需要采用夹具把工件上某些作为基准的点、线、面确定在正确的位置即可。1、基准及其分类基准是指用来确定工件几何要素的位置所依据的点、线、面。按功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准。1）设计基准设计基准是指设计图样上所采用的基准，即标注尺寸所依据的点、线、面。它用于确定零件在机器或部件中的位置或零件间的相对位置。2）工艺基准工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准，可分为定位基准、工序基准、测量基准、装配基准和调刀基准等。（1）定位基准定位基准是指工件在加工中用于定位的基准，它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线、面，是获得零件尺寸的直接基准。定位基准又可分为粗基准、精基准和辅助基准。粗基准：工件加工的第一道工序或最初几道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。精基准：是指经过机械加工的定位基准。例如，加工齿轮时，常采用已加工过的孔作为精基准。辅助基准：是指根据机械加工工艺要求专门设计的定位基准，如加工轴类零件常用的顶尖孔定位、某些箱体类零件的工艺孔定位等。（2）工序基准工序基准是指在工序图上用来确定本工序加工表面的尺寸、形状和位置的基准。在设计工序基准时，应优先考虑选用设计基准作为工序基准，并尽可能选择其中用于定位和检验尺寸的基准。（3）测量基准测量基准是指加工中或加工后用来测量工件所采用的基准。（4）装配基准装配基准是指装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。（5）调刀基准调刀基准是指零件加工前对机床进行调整时，确定刀具位置所采用的基准。与其他各类基准不同的是，调刀基准通常不选在工件上，而是选在夹具定位元件的某个工作面上。【点拨】教师补充知识点作为基准的点、线、面在工件上有时并不具体存在，如零件的孔、轴中心线，基准中心平面等，它们常通过某些具体的表面来体现，这些具体的表面称为基面。例如，车床卡盘夹持的短轴，其定位基面是外圆柱面，而它所体现的定位基准则是轴中心线。2、六点定位原理【多媒体】展示“工件的六个自由度”图片（详见教材），引出六点定位原理的相关知识任何一个不受约束的工件在空间直角坐标系中有六种活动的可能性，它可以在三个正交方向上移动，还可绕三个正交方向转动。通常把这六种活动的可能性称为自由度。要完全确定工件在夹具中的位置，必须限制工件的六个自由度。通过合理布置六个支撑点来限制工件的六个自由度，使工件在夹具中完全定位，这一原理称为六点定位原理。……详见教材【点拨】教师补充知识点在应用六点定位原理对工件进行定位时，应注意以下几点。（1）一个定位元件可以体现一个或多个支撑点，在判断定位元件体现的支撑点数目时，需要结合其结构进行分析。（2）定位支撑点限制工件自由度的作用，应理解为定位支撑点与工件的定位基面始终保持紧密贴合，不得脱离，否则就失去了定位作用。（3）在分析定位支撑点的定位作用时，除了工件自身的重力外，不考虑其他外力作用。工件某一自由度被限制，是指其在这一方向的位置被确定，并非指工件受到外力后不能脱离定位支撑点而运动。使工件在受到外力作用时还能保持正确的位置是夹紧的功用。因此，一定要把定位和夹紧区别开来，不可混为一谈。（4）一种定位元件体现的支撑点数目是一定的，但具体限制的自由度与支撑点的分布有关。因此支撑点的位置必须合理布置，否则将无法有效地限制六个自由度3、常见的定位方式与定位元件【多媒体】展示“典型定位方式与定位元件”的表格（详见教材），引出知识点：工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位是通过工件上的定位基面与夹具定位元件工作表面的接触或配合实现的。工件上的定位基面通常有平面、圆柱面、圆锥面、成形表面（如齿形面、导轨面）等以及它们的组合。工件定位基面不同，定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同。因此，定位方式和定位元件要按照工件定位基面的形式来选择。定位元件的材质、结构形式和技术要求多种多样，但大多已经标准化，可通过查阅行业标准、技术手册等进行选择。生产实际中，工件的定位可采用不同的定位方式和定位元件，这时应考虑生产类型和加工工艺，在保证加工精度的前提下，尽可能简化夹具结构，方便装夹工件。4、工件的定位情况机械加工时，工件在空间的六个自由度并不是都要进行限制，而是要根据工件的加工要求来选择。对加工有影响的自由度必须限制，对加工没有影响的自由度视情况决定是否限制。工件在夹具中的定位情况主要有完全定位、不完全定位、欠定位和过定位四种。【多媒体】展示“工件应限制自由度的确定”图片（详见教材），讲解工件定位的相关知识1）完全定位：工件的六个自由度都被限制的定位。2）不完全定位：工件被限制的自由度数量少于六个，但仍能保证加工要求的定位。3）欠定位：根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被完全限制的定位。4）过定位：工件的一个或几个自由度被定位元件重复限制的定位，又称重复定位。……详见教材☞【教师】展示“连杆的定位”图片（详见教材），提问“请说明连杆大孔的加工采用了什么样的定位？”，并抽取学生回答问题☞【学生】聆听、思考、回答问题☞【教师】总结学生的回答长圆柱销限制了、、和四个自由度，支撑板限制了、和三个自由度。显然，在这种定位方案中和被两个定位元件重复限制，工件出现了过定位。……详见教材【学生】聆听、理解、记忆运用多媒体课件，结合案例分析法，为同学们介绍常用机床夹具的基本知识，通过提问引导和小组讨论的方式，提升学生的学习兴趣和积极性，训练学生的逻辑性思维能力项目实践

（25min）工件在夹具中的定位【教师】组织学生以小组形式开展项目训练活动，描述任务并发布任务要求如图所示为圆套零件在V形块上定位。该零件内、外圆均已加工合格，现在插床上用调整法加工键槽，要求保证尺寸。其中，，，，，小组讨论，说明夹具的类型，分析工件在夹具中的定位方式。【学生】分组练习，组内分工，带入实际工作人员角色，分析夹具的类型及工件在夹具中的定位方式【教师】巡堂辅导，重点强调以下问题注意判断工件的定位情况属于完全定位、不完全定位、过定位、欠定位中的哪一种。【教师】项目训练活动结束后，对各小组进行点评，从知识掌握、参与程度与合作意识等多个方面综合评价各组的实践情况【学生】互相评价，并结合评价结果及教师评价进行自我总结结合理论知识，通过分组训练的方式锻炼学生的实践操作能力，同时加深学生对重难点知识内容的理解通过学生的实时反馈进行针对性指导，引导学生查漏补缺，夯实基础课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课介绍了机床夹具的基础知识知，包括夹具的功用、分类、工件在夹具中的定位情况等。其中工件在夹具中的定位作为本节课的重难点知识，需要大家加强理解和记忆，希望同学们课后及时复习巩固相关的知识内容。【学生】总结回顾知识点总结